Професор мікробіології, імунології та генетики, який відкрив метод введення чужорідної ДНК у мікобактерії, що дало поштовх до створення генетичних інструментів для дослідження туберкульозу та прокази. Фактично, його робота в Медичному коледжі Альберта Ейнштейна заклала основу сучасних підходів до молекулярного дослідження туберкульозу й пошуку методів його подолання. Докладніше про цього борця з підступними хворобами — далі на bronx.name.
Обмежений зір та безмежне бажання займатися наукою
Джейкобс зростав у робітничому Вест-Міффліні, що неподалік Піттсбурга, серед трьох сестер, включно з його близнючкою. Його батько працював на виробництві сталі, а мати дбала про дітей та першою помітила, що син надто часто спотикається об журнальний столик. Візит до окуліста підтвердив її здогади: у чотири з половиною роки лікарі виявили у хлопчика пігментний ретиніт — прогресивне захворювання, яке поступово звужує поле зору.
«Я бачу крізь тунель, що постійно стискається», — пояснює Джейкобс.
У дитинстві він мав поле зору близько двадцяти градусів, потім поступово воно скоротилося до шести. Попри це, ще змалку хлопець мріяв стати вченим. Дитинство припало на епоху космічних стартів, і він уявляв себе астронавтом.
«Коли Джон Гленн полетів у космос, я хотів робити те саме. Але через мої очі я ніколи не бачив зірок», — зізнається він.
Переломним моментом став дев’ятий клас. Вчитель молекулярної біології Френк Нейпір змусив учнів працювати над власними проєктами, і це стало поштовхом до першої наукової презентації Джейкобса в Молодшій академії наук Пенсильванії. Він досліджував дію гіберелової кислоти (гормону росту рослин) на одноклітинні водорості. Тоді й почалася його справжня наукова подорож.
Спершу Джейкобс вступив до Університету Піттсбурга, отримавши стипендію та підробляючи менеджером з обладнання у футбольній команді. Та спорт захопив його настільки, що навчання відійшло на другий план. Щоб почати все заново, він перевівся до невеликого Державного коледжу Единборо. Там, у середовищі відданих викладачів, з можливістю вільно відвідувати заняття з математики, хімії та фізики, Джейкобс розкрив свій потенціал.
Особливу роль відіграв професор Елліс Клайн, який на курсі бактеріальної генетики навчив студентів виділяти мутантів E. coli та навіть купував амінокислоти власним коштом.
«Я був у захваті! — згадує Джейкобс. — Тоді я зрозумів, що хочу стати бактеріальним генетиком».
Із шести його однокурсників на тому курсі згодом майже всі стали професорами.
Так, син сталеливара, який колись мріяв дивитися в зоряне небо, знайшов своє покликання у мікроскопічному світі.
Бібліотеки ДНК та броненосці
Коли Вільям Джейкобс закінчив навчання у 1977 році, він зіткнувся з відмовами — університети ігнорували його заявки до аспірантури. Проте хлопцю пощастило. Університет Алабами в Бірмінгемі запросив його на співбесіду, там він отримав підтримку завідувача кафедри Клода Беннетта, а також наставників Роя та Джозі Кертіссів. Саме в їхній лабораторії він не лише остаточно обрав шлях науки, але й відкрив у собі любов до викладання.
У ті роки дослідження прокази були особливо складними. Збудника прокази (Mycobacterium leprae) неможливо було виростити в лабораторних умовах. Єдиними «живими інкубаторами» ставали дев’ятисмугасті броненосці. Дослідники брали біопсії у пацієнтів, заражали тварин та роками чекали на розмноження бактерій.
У цей час Джейкобс разом з Джозі Кертісс створював перші геномні бібліотеки лепрозної палички. Робота була повільною, тож Вільям сам виготовляв необхідні інструменти: синтезував ДНК-лігазу, готував ферменти, складав суміші для пакування фагів. Так йому вдалося створити космідні бібліотеки — плазміди, які переносили великі фрагменти ДНК в E. coli.
Це стало проривом. Хоча M. leprae не «працювала» напряму з E. coli, Джейкобсу вдалося змусити її гени працювати під контролем промотора іншої бактерії — Streptococcus mutans. Це його важливе у той час у медичному світі відкриття було опубліковане в журналі PNAS у 1986 році.
Ґрунт з подвір’я та вірусне полювання
У 1985 році Джейкобс приїхав до Медичного коледжу Альберта Ейнштейна в Бронксі, аби розпочати постдокторську роботу в лабораторії Баррі Блума. Вже з перших днів він шукав спосіб працювати з мікобактеріофагами — вірусами, що заражають мікобактерії. Спершу він замовив зразки, але потім подумав:
«Навіщо чекати, якщо вони можуть бути просто під ногами?»
І справді, Вільям приніс до лабораторії відро землі зі свого власного подвір’я. Там, у суміші ґрунту та Mycobacterium smegmatis, народився його перший штам — mc21, названий на честь Альберта Ейнштейна. Саме цей мікроорганізм став воротами до його відкриттів. Згодом він виділив ще один фаг (Bxb1) із того ж ґрунту, а трохи пізніше — Bxz1, але вже з землі у вольєрі зебр у зоопарку Бронкса.
Головна мета Джейкобса була амбітною — змусити мікобактерії приймати чужу ДНК. Для цього він створив «човникову фазміду», яка могла жити й в E. coli, і в мікобактеріях. Це відкрило шлях до досліджень, що раніше здавалися неможливими. Справжнім проривом став штам mc2155 — надзвичайно зручний для науки мутант, який дозволив вивчати дію ліків, створювати нові вектори та працювати з вакцинами.
Новий підхід Джейкобса — «полювання на фаги» у ґрунті — швидко поширився. До пошуку долучилися школярі в США й навіть діти зулу в Південній Африці.
Світло у темряві туберкульозу
Туберкульоз — це одна з найнебезпечніших хвороб у світі. Він щороку забирає понад мільйон життів, важко лікується й особливо смертельний для людей із ВІЛ. Вільям Джейкобс ще наприкінці 1980-х років зрозумів: щоб перемогти інфекцію, треба працювати безпосередньо з її генами. Його інструментами стали бактеріофаги — віруси, які атакують бактерії.
Невдовзі британська компанія Amersham підкинула несподівану пропозицію: використати ген світлячків, люциферазу, щоб змусити туберкульоз світитися. Це могло б стати діагностичним тестом та значно скоротити місяці очікувань. Співпраця не відбулася, але ідея запала Джейкобсу в душу. Його команда зробила так, щоб мікобактерії світилися — хоча сам він ніколи не бачив цього сяйва.
Минуло двадцять років. Одного дня влітку 2010 року співробітник Вільяма Парас Джайн покликав Джейкобса подивитися у мікроскоп. Тепер замість гена світлячка вони використали зелений флуоресцентний білок медузи.
Джейкобс нахиляється — і раптом вигукує:
«Я бачу це! Я бачу!»
Світіння стало у сто разів яскравішим. Той момент для нього був проривом, справжнім дивом. Експерименти показали, що одна клітина з тисячі може «впасти в сплячку», уповільнити ріст та перечекати ліки. Команда створила новий фаг, який змушував такі «персистери» світитися червоним. Вони почали відстежувати ці витривалі клітини й тестувати на них різні препарати. І випадково натрапили на диво: звичайний вітамін С, що викликає оксидативний стрес, знищив стійкі штами за чотири тижні.
Лабораторія Термінатора туберкульозу
Його впертість принесла йому прізвисько «Термінатор туберкульозу», десятки відзнак, понад три сотні наукових статей, двадцять пʼять патентів та місце в Національній академії наук США. Про нього писали The New York Times, Esquire та Discovery. І не дарма: за двадцять сім років досліджень M. tuberculosis Вільям Джейкобс розгадав одну з найбільших таємниць інфекції — природу тих самих 0,1% клітин, які виживають у ліках. «Персистери», як він їх називає, стали його особистим викликом.
Але для Джейкобса не менш важливим було передати естафету. Два десятиліття він вів програму для старшокласників «Жоден фаг не залишиться позаду», де підлітки відкривали й секвенували нові фаги. Програма була настільки успішною, що згодом Медичний інститут Говарда Гʼюза зробив її загальнонаціональною для студентів.
Лабораторія Вільяма Джейкобса в Медичному коледжі імені Альберта Ейнштейна — це місце, де щодня ведеться боротьба з туберкульозом. Команда Джейкобса створює інструменти, які змінюють правила гри. Вони розробили люциферазний репортерний фаг для швидкого тестування чутливості до ліків, визначили гени, що відповідають за стійкість до ізоніазиду та інших препаратів, та дослідили фенотипи, що лежать в основі патогенності туберкульозу. Їхня робота спрямована на пошук нових мішеней для ліків, створення діагностики для виявлення стійких штамів та навіть проєктування ослаблених мутантів мікобактерій, які можуть стати живими вакцинами.
Відвідати цю лабораторію — завдання не з простих. Щоб потрапити всередину, потрібно здати всі особисті речі, одягти захисний комбінезон Tyvek, рукавички у два шари, респіратор та сітку для волосся. Це простір 3-го рівня біобезпеки, розташований на п’ятому поверсі Центру генетичної та трансляційної медицини Майкла Прайса. З вікон відкривається вид на старий туберкульозний санаторій — символ боротьби минулих поколінь, яку тепер продовжує Джейкобс зі своєю командою.
Його лабораторія — це не просто науковий простір. Це форпост у війні з хворобою, яка занадто довго залишалася невидимим убивцею.
Попри всі досягнення, Джейкобс не втрачає з поля зору головну мету.
«Єдине, що справді змінить історію світу, — це вакцина, яка працюватиме», — каже він.
На дверях його кабінету висить цитата:
«Де немає бачення, там люди гинуть».
Для Джейкобса це бачення одне — знайти вакцину, яка зупинить туберкульоз назавжди.
«Все, що мене хвилює, — це смерть, — каже він із посмішкою. — Смерть туберкульозу».